KAPASITOR

MINGGU KE-5

Kapasitor: Penyimpan Muatan & Energi

ListrikKapasitor: dua konduktor terisolasi dengan muatan yang sama Q dan berbeda

tanda dan beda potensial ΔV diantaranya.

2

Satuan: Coulomb/Volt atau Farad

Kapasitor Plat Sejajar

3

Menghitung E (Hukum Gauss)

4

Alternatif Pemecahan

Plat bagian atas:

5

Plat bagian bawah:

Kapasitor Plat Sejajar

6

C hanya bergantung pada faktor geometri A dan d

Kapasitor Bola

Dua kulit bola konsentrik berradius a dan b

Berapakah E?

7

Hukum Gauss → E ≠ 0 hanya pada daerah a < r < b, bentuk E mirip dengan yang dihasilkan

oleh muatan titik:

Kapasitor Bola

8

Untuk sebuah bola konduktor berradius a:

Kapasitansi Bumi

Untuk sebuah bola konduktor berradius a:

9

Satu Farad adalah sangat BESAR!

Kita biasa menggunakan pF(10-12) atau nF(10-9)

Kapasitor Silinder

Dua kulit silinder konsentrik berradius a dan b,

tingginya l. Kulit Silinder dalam bermuatan total Q (λ

uniform) dan kulit silinder luar bermuatan total - Q (λ

uniform)

10

Hitung Kapasitansi Sistem tersebut!

• Energi yang Tersimpan

dalam Kapasitor

11

dalam Kapasitor

Energi untuk Memuati Kapasitor

12

1. Kapasitor awalnya tidak bermuatan.

2. Bawa +dq dari bawah ke atas.

Sekarang atas memiliki muatan q = +dq, bawah –dq

3. Ulangi

4. Berhenti ketika atas memiliki muatan q = +Q, bawah -Q

• Pada suatu saat tertentu, plat atas +q, bawah –q

• Beda potensialnya adalah ΔV = q / C

• Usaha yang dilakukan untuk membawa dq yang lain

adalah dW = dq ΔV

Usaha yang Dilakukan untuk Memuati

Kapasitor

13

Sehingga usaha yang dilakukan untuk

menggerakkan dq adalah is:

Usaha yang Dilakukan untuk Memuati

Kapasitor

14

Energi Total untuk memuati sampai q = Q:

Energ yang Tersimpan dalam

Kapasitor

Karena

15

Dimanakah energi tersimpan???

Energi disimpan dalam Medan Listrik!

Kapasitor plat sejajar:

Energi yang Tersimpan

dalam Kapasitor

16

Rapat Energi Medan Listrik

Batrei (Catu Daya) &

Rangkaian Dasar

17

Rangkaian Dasar

Batrei (Catu Daya) Ideal

18

• Beda potensialnya tetap diantara ujung-ujungnya

• Sumber muatan sebanyak muatan yang diperlukan

Susunan Batrei Seri

19

Beda potensial neto berubah yaitu ΔV = ΔV1 + ΔV2

Susunan Batrei Paralel

Beda potensial tetap ΔV

Don’t do this!

20

Susunan Kapasitor Paralel

Potensial Sama!

21

Kapasitansi Equivalen

22

Animasi 5.1

Susunan Kapasitor Seri

23

Sekarang tegangannya beda, Bagaimana

dengan Q?

Susunan Kapasitor Seri

24

(Tegangan dijumlahkan

Kapasitansi Equivalen

25

(Tegangan dijumlahkan

pada susunan seri)

Animasi 5.2

Dielektrik

Sebuah bahan dielektrik adalah bahan non konduktor atau insulator

Contoh: karet, kaca, kertas

Ketika dielektrik ditempatkan pada kapasitor bermuatan, beda potensial diantara dua

plat akan berkurang

26

HOW???

Tinjauan Molekular dari Dielektrik

Dielektrik Polar :Dielektrik dengan momen dipol listrik permanen

Contoh: Air

27

Dielektrik Non-Polar: Dielektrik dengan momen dipol listrik terinduksi

Example: CH4

Tinjauan Molekular dari Dielektrik

28

Dielektrik dalam Kapasitor

29

Beda Potensial berkurang karena polarisasi dielektrik menurunkan besar

medan listrik!

Hukum Gauss untuk Dielektrik

30

Ketika memasukan dielektrik, rapat muatan σ terinduksi pada

permukaannya

Apa itu σ’?

Konstanta Dielektrik κDielektrik menurunkan besar medan awal oleh faktor κ

31

Hukum Gauss dengan dielektrik:

Konstanta Dielektrik

Vakum 1.0

Kertas 3.7

Gelas Pyrex 5.6

Air 80

E, P dan D

( )σσ qqA ′−=′−

32

( )00 εε

=

PEεDA

qEε

A

q

Aε

q

Aε

qE 00

00

+=→′

+=→′

−=

A

qPdan

A

qD

′==

E, P dan D

PEεD 0

rrr+=

Karena E adalah vektor, maka D dan P juga vektor:

bebas"muatan dengan berkaitan "

nt)displaceme (electricListrik Pergeseran D =r

33

"polarisasimaupun bebasbaik

ada, yangmuatan semuadengan berkaitan "

dielektrik dalamListrik Medan E

"polarisasimuatan dengan berkaitan "

Listrik Polarisasi P

bebas"muatan dengan berkaitan "

=

=

r

r

Dielektrik dalam Kapasitor

Q0= Konstan setelah batrei diputus

34

Ketika dimasukan dielektrik:

V0 = Konstan ketika batrei tetap terhubung

Dielektrik dalam Kapasitor

35

Setelah dimasukan dielektrik:

Problem

36

Berapa kapasitansi sistem kapasitor berikut?